A capacidade de produção e a produção da indústria de processamento de alumínio da China desenvolveram-se em campos de rápido crescimento, incluindo alumínio civil comum e chapas de liga de alumínio, tiras, folhas, perfis de alumínio para construção e trânsito ferroviário, materiais para conservas e substratos de chapas de alumínio para impressão. A parte incremental é composta principalmente por empresas privadas. A China é um país importante na indústria de processamento de alumínio.
Nos últimos anos, o desenvolvimento de materiais de alumínio e ligas de alumínio concentrou-se principalmente em duas direções: (1) desenvolvimento de novos materiais de liga de alumínio de alta resistência e tenacidade para atender às necessidades de campos especiais, como aeroespacial, transporte e instalações militares; (2) Desenvolver ligas de alumínio civil com diferentes propriedades e funções para atender novos materiais para diferentes condições e aplicações. A ampla aplicação de ligas de alumínio promoveu o desenvolvimento da tecnologia de processamento e preparação de ligas de alumínio, mas com a melhoria contínua dos requisitos de desempenho para produtos de liga de alumínio, novos requisitos também foram apresentados para a tecnologia de processamento de ligas de alumínio. Valorizar e fortalecer a pesquisa sobre as características básicas das ligas de alumínio e a construção de teorias sistemáticas, melhorando ainda mais a compreensão das características de processamento das ligas de alumínio, é a única forma de alcançar a inovação tecnológica no processamento de ligas de alumínio.
1. Pesquisa sobre as características básicas dos materiais de liga de alumínio
Um estudo sistemático e aprofundado das características fundamentais das ligas de alumínio é a base para a inovação na tecnologia de processamento de ligas de alumínio. Com base na teoria existente de processamento de liga de alumínio, excelentes instrumentos e equipamentos, como computadores e câmeras de alta velocidade e alta definição, são usados para estudar o comportamento de transferência de calor e massa do processo de solidificação por fusão de liga de alumínio, a lei de evolução da liga de alumínio sólida fase de deformação e precipitação durante o processo de tratamento térmico e a relação constitutiva entre o desempenho abrangente da interface de microestrutura multifásica. Um sistema teórico sistemático e próprio de tecnologia de processamento de liga de alumínio é formado. Ao mesmo tempo, combinando os atuais equipamentos de processamento de ligas de alumínio e tecnologia de preparação de produção para orientar e otimizar a atual produção de ligas de alumínio e tecnologia de processamento, a fim de alcançar inovação em tecnologia e materiais de processamento de alumínio.
(1) Pesquisa sobre as características básicas da fusão e fundição de ligas de alumínio. Estudar a distribuição do campo térmico durante o processo de solidificação de diferentes tipos de fundidos de alumínio sob diferentes taxas de resfriamento e a forma inicial da frente de solidificação do fundido, explorar a lei de evolução de sua forma durante o avanço da frente de solidificação e a influência lei sobre o campo de tensões térmicas internas do tarugo; Estudar a redistribuição dos solutos durante o processo de solidificação, compreender os tipos, mecanismos termodinâmicos e cinéticos de formação e crescimento dos precipitados primários de solidificação, bem como os padrões de distribuição dos diferentes tipos de precipitados primários de solidificação e os mecanismos de formação de vários defeitos durante a solidificação processo.
(2) Pesquisa sobre as características básicas da deformação plástica da liga de alumínio. Estudar o mecanismo de influência da força de deformação externa na fragmentação de precipitados de solidificação primária de diferentes tamanhos/tipos; Estudar a relação intrínseca entre força de deformação externa deformação velocidade deformação deformação variável distribuição de temperatura deformação resistência material fissuração limite tensão interna residual; Estudar os tipos de precipitados de deformação, os mecanismos termodinâmicos e cinéticos da sua formação e crescimento.
(3) Pesquisa sobre as características básicas do tratamento térmico de ligas de alumínio. Estudar os mecanismos termodinâmicos e cinéticos de dissolução de diferentes tipos de precipitados primários de solidificação/precipitados de deformação durante o tratamento térmico em solução sólida de ligas de alumínio; Estudar o mecanismo de transferência de calor e a lei de variação da tensão interna residual da liga de alumínio durante o tratamento de têmpera rápida; Durante o processo de tratamento térmico de envelhecimento, explorar os mecanismos termodinâmicos e cinéticos de formação e crescimento de diferentes tipos de fases de precipitação, e compreender os padrões de distribuição de diferentes tipos de fases de precipitação; Estudar o mecanismo de interação entre diferentes tipos/tamanhos de fases precipitadas e interfaces com defeitos pontuais/linhas, a influência do espaçamento de partículas e limites de grãos de diferentes tipos/tamanhos de fases precipitadas no movimento de defeitos lineares e no início e propagação de trincas ; Realizar pesquisas aprofundadas sobre a influência dos tipos/tamanhos/distribuições das fases de precipitação nas propriedades mecânicas estáticas/dinâmicas e na resistência à corrosão dos materiais, bem como a relação correspondente entre as propriedades mecânicas estáticas/dinâmicas dos materiais e sua resistência a altas temperaturas. dano de impacto de velocidade.
2. Pesquisa e proposta sobre materiais civis de liga de alumínio
Os materiais de liga de alumínio têm sido amplamente utilizados nas áreas de aviação civil, transporte, eletrônica 3C, novas energias, esportes e construção. A acirrada competição de mercado promoveu a melhoria dos requisitos de qualidade e desempenho para produtos civis de liga de alumínio. Portanto, somente explorando ainda mais o potencial das ligas de alumínio, pesquisando e desenvolvendo excelentes materiais civis de liga de alumínio e tecnologias de processamento, poderemos atender melhor à demanda do mercado.
2.1. Liga de alumínio de alto desempenho para aviação civil
(1) Tecnologia de preparação de engenharia para novos materiais de liga de alumínio de terras raras de alto desempenho para a aviação civil. Realizar pesquisas básicas aprofundadas sobre a aplicação de elementos de terras raras em ligas de alumínio de terras raras de alto desempenho para a aviação civil, revelar o mecanismo de influência de elementos de terras raras em ligas de alumínio, estudar sistematicamente a lei de evolução da microestrutura sob condições termo-mecânicas, e o relação com desempenho, e formar um sistema teórico básico para o projeto de composição, preparação e processamento de ligas de alumínio de terras raras de alto desempenho; Mais pesquisas serão conduzidas na preparação de engenharia e aplicação de novos materiais de liga de alumínio de terras raras de alto desempenho, formando um conjunto completo de processos de produção e tecnologias de aplicação para novos materiais de deformação de ligas de alumínio de terras raras de alto desempenho, com capacidade de produção em lote estável, conseguir instalação e aplicação em aeronaves de aviação civil e atender às necessidades de produção em lote de aeronaves de aviação civil.
(2) Nova liga de alumínio de alta resistência, resistente à corrosão e ao calor. Tecnologias-chave inovadoras, como projeto de composição e tecnologia de controle correto para ligas de alumínio de alta resistência e resistentes ao calor, tecnologia de controle de fundição e conformação para ligas resistentes ao calor com alto teor de liga, tecnologia de tratamento de homogeneização em vários estágios e resistência térmica de estabilidade em altas temperaturas estrutura de fase e tecnologia de controle de desempenho para terras raras Sc, Er, etc., para formar uma tecnologia de preparação de controle de estabilidade de qualidade para lingotes de alta liga e desenvolver novos materiais para ligas de alumínio de alta resistência e resistentes ao calor contendo elementos de terras raras; Realizar pesquisas de engenharia em materiais de liga de alumínio de alta resistência e resistentes ao calor para fornecer reservas técnicas para componentes típicos aplicados na área de aviação civil.
(3) Liga de alumínio de alta resistência, resistente, resistente à corrosão e tolerante a danos. Em resposta aos requisitos de projeto para durabilidade, tolerância a danos e resistência à corrosão de aeronaves da aviação civil, o desenvolvimento de folhas de liga de alumínio de alta resistência à corrosão e alta tenacidade com grau de resistência de 700 MPa é uma tendência inevitável. Através de pesquisas sobre design e otimização de nova composição de liga, tratamento de homogeneização multinível de partículas de fase dispersa, controle de microestrutura de deformação durante o processo de laminação e controle de formato de placa, planejamos desenvolver liga de alumínio pré-esticada com grau de resistência de 700 MPa, alta resistência à corrosão e alta tenacidade placas de espessura média com excelente resistência à fratura, resistência à corrosão, fornecendo reservas técnicas para componentes estruturais importantes em aplicações de aviação civil.
(4) Nanopartículas autogeradas in situ melhoram compósitos à base de alumínio de alto desempenho. Este material tem as vantagens de alta resistência específica, módulo específico, boa resistência à fadiga, boa resistência ao calor, resistência à corrosão e custo de preparação relativamente baixo. Atualmente é um novo material inovador de liga de alumínio. Dominar as técnicas de controle para a morfologia e tamanho de nanopartículas autogeradas in-situ e usar campo magnético de pulso de alta frequência e técnicas de controle de campo ultrassônico de alta energia para controlar a agregação e distribuição de nanopartículas, otimizar as nanopartículas auto-geradas in-situ tecnologia de fundição DC composta de alumínio reforçado de alto desempenho. Ao mesmo tempo que melhora a estrutura da liga, alcançar uma distribuição uniforme de nanopartículas dentro dos grãos e limites dos grãos da liga aumenta significativamente a resistência, a plasticidade e a resistência à fadiga dos materiais de liga de alumínio, permitindo a produção em larga escala e a aplicação no mercado de lingotes industriais e produtos de alumínio.
(5) Principais tecnologias e pesquisa de aplicação para preparação e processamento de alta qualidade de ligas de alumínio para aviação. Para materiais de liga de alumínio de alta qualidade utilizados na aviação, são realizadas pesquisas aprofundadas sobre a relação intrínseca entre a composição da liga, microestrutura, propriedades, preparação e processamento, bem como os mecanismos de reforço e tenacidade e outras questões científicas, bem como detalhes tecnologias de controle. Princípios de controle organizacional e diretrizes de serviços de segurança são estabelecidos, e uma plataforma de dados básica é construída para romper os principais gargalos técnicos de alta confiabilidade, alta estabilidade e preparação de alta homogeneidade de grandes materiais estruturais de liga de alumínio. Isso fornece base teórica e suporte técnico fundamental para a produção totalmente independente e controlável de materiais estruturais de liga de alumínio para aviação.
2.2. Liga de alumínio leve para transporte
(1) Pesquisa e desenvolvimento de materiais de alumínio deformado de grau automotivo que equilibram leveza e segurança e produção industrial de alta qualidade. A China é o maior mercado consumidor de automóveis do mundo, e o projeto e a fabricação de veículos movidos a combustível tradicional e veículos de novas energias aumentarão ainda mais a aplicação de materiais de alumínio, incluindo todas as carrocerias de alumínio e caixas de bateria para veículos de novas energias. Há uma necessidade urgente de design, pesquisa e desenvolvimento e industrialização de alta qualidade de materiais de liga de alumínio deformados. Tomando as empresas como órgão principal, através da estreita integração de "pesquisa, produção e aplicação", pesquisa e desenvolvimento conjuntos são realizados para resolver as ligações problemáticas em todo o processo, refinar e quantificar os detalhes do sistema e parâmetros padronizados na produção e processo de preparação, estabelecer um sistema e sistema de gerenciamento de produção rastreável e alcançar produção e aplicação estáveis e de alta qualidade de materiais de alumínio deformados típicos para veículos.
(2) Pesquisa básica sobre a aplicação da correlação entre projeto de alumínio e “desempenho da estrutura do processo”. Com base nos requisitos de desempenho de aplicação de materiais de alumínio da série 6 XXXXX (placas e perfis) para estrutura de carroceria de automóveis e materiais de alumínio da série 3 XXXXX para carcaça de bateria, e contando com técnicas de caracterização quantitativa de microestrutura multidimensional e multiescala, design de liga e pesquisa de processo com base em requisitos abrangentes de desempenho, são realizadas pesquisas e avaliações de projeto de liga e processo com base em desempenho único excelente e desempenho de aplicação (formação, conexão, etc.). Materiais de liga de alumínio para carroceria de automóvel e sua estrutura, carcaça de bateria são desenvolvidos e produção e preparação de baixo custo e alta estabilidade são alcançadas.
(3) Alta conformabilidade e liga de alumínio de alta resistência. Ao otimizar a composição química e a tecnologia de processamento da liga de alumínio, um material de liga de alumínio de alta resistência com desempenho de estampagem profunda equivalente (estado T4P) à atual liga de alumínio automotivo 6016 e resistência equivalente ao estado 2024-T351 após cozimento de curto prazo foi desenvolvido, que atende aos requisitos de desempenho de coberturas de dente resistentes a impactos para peso leve automotivo.
(4) Liga de alumínio de espuma de alta resistência de tamanho grande. A espuma de alumínio tem características de estrutura porosa e de metal e possui muitas propriedades excelentes, como peso leve, alta resistência específica, absorção de energia, absorção de choque, amortecimento, absorção sonora, dissipação de calor, blindagem eletromagnética, etc. estudar profunda e sistematicamente a interação entre a estrutura de espuma de alumínio e as propriedades do material, otimizar os parâmetros do processo de produção industrial, simplificar o processo de produção, reduzir custos de produção e realizar a aplicação no mercado de materiais de liga de espuma de alumínio de alta resistência e grande especificação no campo de transporte leve.
2.3 Alumínio eletrônico 3C e outras ligas de alumínio
(1) Desenvolvimento e industrialização de ligas de alumínio de terras raras. A China possui abundantes recursos de terras raras e a indústria de ligas de alumínio tem grande escala. Estudos anteriores mostraram que a combinação de alguns elementos de terras raras (TR) com ligas de alumínio pode efetivamente melhorar o seu desempenho. No entanto, a China ainda não desenvolveu ligas de alumínio de terras raras estáveis para aplicação, nem desenvolveu internacionalmente ligas de alumínio de terras raras com características chinesas. Portanto, é necessário continuar a aumentar os esforços nos processos de investigação e industrialização relacionados. Ao combinar estreitamente pesquisa, aprendizado e aplicação, são realizadas pesquisas adicionais sobre a aplicação básica de elementos de terras raras em ligas de alumínio, e o mecanismo de influência de elementos de terras raras em ligas de alumínio é profundamente compreendido. Várias ligas de alumínio de terras raras com valor prático são desenvolvidas e promovidas para aplicação.
(2) Liga de alumínio 5G de alta superfície, alta resistência e alta condutividade térmica. Ao otimizar a composição química da liga e regular razoavelmente a estrutura do material, estudando os efeitos da composição da liga, processamento de deformação e processos de tratamento térmico na resistência, condutividade térmica e desempenho de anodização da liga, o controle dos grãos da liga e segundo compostos de fase podem ser alcançados; Por meio de regulamentação organizacional e pesquisa em processos de anodização e coloração eletrolítica, foi obtido um filme anodizado com revestimento uniforme, sem diferença de cor e sem defeitos como manchas pretas e linhas pretas. Materiais de alta superfície, alta condutividade térmica e liga de alumínio de alta resistência foram desenvolvidos para atender à demanda do mercado por capas de telefones celulares 5G, placas intermediárias de telefones celulares, materiais de alumínio extrudado e folhas laminadas.
(3) Ânodo de liga de alumínio eficiente e de baixo custo para baterias de ar de alumínio. Estude completa e sistematicamente os elementos de liga exclusivos dos ânodos de liga de alumínio, como elementos metálicos de baixo ponto de fusão, processamento de deformação e processos de tratamento térmico, e seus efeitos na atividade eletroquímica e na resistência à autocorrosão dos ânodos de alumínio. Realizar pesquisas básicas sobre as características de ativação e passivação de materiais anódicos de liga de alumínio, desenvolver materiais anódicos de liga de alumínio que atendam aos requisitos de baterias de ar de alumínio e realizar a aplicação orientada para o mercado de baterias de ar de alumínio em iluminação automotiva, fonte de alimentação de emergência e outros campos.
(4) Liga de alumínio com resistência de 800 MPa. Rompendo com a gama de projetos existentes de componentes de liga de alumínio de alta resistência, desenvolvemos um novo tipo de material de liga de alumínio com resistência de 800 MPa na série 7XX. Vamos nos concentrar na realização de pesquisas em tecnologias-chave, como projeto de composição industrial e controle correto de liga de alumínio de alta resistência de grau 800 MPa, formação de lingotes de alta liga e preparação de lingotes de alta qualidade metalúrgica, regulando a uniformidade da microestrutura durante o processamento a quente, e controlando processos de tratamento térmico de precisão. Desenvolveremos tecnologias de controle de estabilidade de qualidade para produção em lote de lingotes de alta liga e estabeleceremos tecnologias de controle detalhadas para a evolução e estrutura da microestrutura durante o processamento e tratamento térmico; Concluir o desenvolvimento de componentes típicos e verificar sua aplicação em condições de serviço simuladas, conseguir preliminarmente a substituição leve de materiais estruturais de alta resistência para navios e fornecer reservas técnicas para o projeto leve e preparação de componentes estruturais típicos para aplicações nos setores aeroespacial, aviação, transporte e outros campos.
(5) Hastes de perfuração em liga de alumínio de alta resistência, resistentes, resistentes à corrosão e ao calor para exploração de petróleo. Em comparação com os tubos de perfuração de aço, os tubos de perfuração de liga de alumínio têm as vantagens de baixa densidade específica, alta resistência, baixa tensão de flexão e resistência a gases ácidos, como corrosão por H2S e CO2. Eles também têm maior capacidade de profundidade de perfuração e maior capacidade de absorção de choque. Portanto, os tubos de perfuração de liga de alumínio têm vantagens óbvias na exploração e desenvolvimento de poços profundos, poços ultraprofundos e poços de gás ácido. Pesquise e otimize o processo de tratamento térmico de ligas em altos estados de soluto para controlar a microestrutura, a fim de obter uma melhor combinação de MPt, GBP e PFZ, e para otimizar a combinação de alta resistência, alta tenacidade, resistência à corrosão e calor resistência de ligas; Estudar o comportamento de deformação de ligas e estabelecer um modelo de evolução da microestrutura da liga; Compreender a relação entre fatores como composição, microestrutura e propriedades macroscópicas, estabelecer modelos para endurecimento ao longo do tempo, corrosão sob tensão e tenacidade à fratura, obter o controle correto da microestrutura e desenvolver e produzir alta resistência, tenacidade, resistente à corrosão e ao calor. hastes de perfuração em liga de alumínio resistentes para exploração de petróleo que atendem à demanda do mercado.
(6) Desenvolvimento e industrialização de tecnologia de processamento verde para materiais de liga de alumínio. Face à escassez de recursos e de energia, a utilização abrangente dos recursos e a inovação tecnológica são particularmente importantes. O sistema conduz pesquisas básicas sobre a aplicação de ligas de alumínio recicladas, compreende profundamente os efeitos de acoplamento de múltiplos elementos em ligas de alumínio e seus mecanismos de impacto na estrutura e propriedades do material, estabelece um sistema de reciclagem e reutilização de ligas de alumínio, desenvolve baixo consumo de energia e baixo consumo de energia. tecnologias de preparação e processamento verdes de alto desempenho e baixo custo para materiais de liga de alumínio, e fornece suporte teórico e técnico para a preparação de ligas de alumínio verdes e ecologicamente corretas de baixo custo e "uma multienergia de alumínio" com valor de aplicação, alcançando os rigorosos padrões de energia da China - metas de poupança e redução de emissões ano após ano e a modernização verde da indústria do alumínio.
3. Conclusão e perspectivas
Alto desempenho, alta qualidade, alta uniformidade, baixo custo e proteção ambiental de baixo carbono ainda são as principais direções para o desenvolvimento de novos materiais para ligas civis de alumínio e tecnologia de processamento de alumínio. Uma delas é desenvolver excelente tecnologia de fundição, melhorar continuamente a eficiência da utilização de energia, reduzir emissões e aumentar o nível de controle da qualidade metalúrgica, composição química e microestrutura dos lingotes; A segunda é integrar e aplicar excelentes conquistas tecnológicas contemporâneas, desenvolver automação de alta precisão, especialização e equipamentos técnicos em larga escala, melhorar a eficiência e garantir a produção em larga escala de produtos de alta qualidade e altamente uniformes; A terceira é utilizar plenamente a aplicação da tecnologia de simulação computacional nas áreas de pesquisa e desenvolvimento de novos materiais, processamento, tecnologia de processamento e projeto e otimização de moldes, encurtar significativamente o ciclo de desenvolvimento, reduzir riscos de desenvolvimento, melhorar a eficiência da produção e reduzir custos. .
Atualmente, os materiais de processamento de ligas de alumínio estão se desenvolvendo em direção a multiligas, grande largura, alta resistência e tenacidade, alta pureza, alta precisão, alta estabilidade, superplasticidade e supercondutividade. Isso inevitavelmente requer muito trabalho detalhado em pesquisa de inovação tecnológica, desde pesquisa de mecanismo de material até controle de elemento de processo, fatores de influência de processamento, formulação razoável de parâmetros de linha de processo, rastreamento e supervisão de qualidade rigorosos, etc., para estabelecer caracterização de características básicas de liga de alumínio, processamento banco de dados de tecnologia e sistema de inspeção e avaliação da qualidade do produto, e alcançar o desenvolvimento inovador de excelente tecnologia de processamento de materiais de liga de alumínio civil.
